Πραγματικός πυκνωτής που ταιριάζει στοιχείο κυκλώματος

1 · Πρόβλεψε

Το πείραμα rc-charging κυκλώματος χρησιμοποιεί ιδανικοποιημένο πυκνωτή 0.01 F. Η κατασκευή πραγματικού πυκνωτή παράλληλων πλακών με τόση χωρητικότητα θα απαιτούσε αδύνατο μικροσκοπικό κενό για κενό — εκτός αν στοιβάξεις πολλές λεπτές διηλεκτρικές στρώσεις. Η προσθήκη περισσότερων στρώσεων αυξάνει ή μειώνει τη συνολική χωρητικότητα;

• Περισσότερες στρώσεις μειώνουν τη χωρητικότητα.
• Περισσότερες στρώσεις αυξάνουν τη χωρητικότητα — είναι σαν να στοιβάζεις αποθήκευση φορτίου πολλών πυκνωτών παράλληλα.
• Ο αριθμός στρώσεων δεν επηρεάζει τη χωρητικότητα, μόνο το διηλεκτρικό υλικό επηρεάζει.

2 · Διάταξη

1. Άνοιξε την προεπιλογή plate-same-c-in-circuit και πάτησε Επαναφορά. Αυτός ο πυκνωτής χρησιμοποιεί διηλεκτρικό υψηλού k (εr = 1000) για να πραγματοποιήσει φυσικά τα ίδια 0.01 F με το πείραμα rc-charging κυκλώματος.
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη χωρητικότητας.
3. Για κάθε δοκιμή, χρησιμοποίησε τον δοσμένο αριθμό στρώσεων (εμβαδόν, απόσταση και εr σταθερά στις πραγματικές τιμές αυτού του πειράματος) για να υπολογίσεις την προκύπτουσα χωρητικότητα.

3 · Συλλογή Δεδομένων

Χαράξε τη χωρητικότητα C (άξονας y) έναντι του αριθμού στρώσεων N (άξονας x) για τις τρεις δοκιμές σου. Είναι η γραμμή ευθεία και περνά από την αρχή των αξόνων;

4 · Ανάλυση

1. Για μία δοκιμή, υπολόγισε C = ε₀εrAN/d χρησιμοποιώντας ε₀ = 8.854×10⁻¹² F/m, εr = 1000, A = 0.01 m², d ≈ 8.854 µm (η σταθερή απόσταση αυτού του πειράματος). Σύγκρινε με τον πίνακα. Επιβεβαίωσε ότι N = 1000 αναπαράγει ακριβώς τα 0.01 F του συνδεδεμένου κυκλώματος.
2. Εξήγησε γιατί η παρεμβολή περισσότερων στρώσεων διηλεκτρικού (όπως πραγματικός πολυστρωματικός κεραμικός πυκνωτής) πολλαπλασιάζει την αποτελεσματική χωρητικότητα, με τον ίδιο τρόπο που η στοίβαξη πυκνωτών παράλληλα θα έκανε.

5 · Επέκταση

1. Πραγματικοί πυκνωτές 0.01 F («10.000 µF») υπάρχουν ως συμπαγή εξαρτήματα που μπορείς να κρατήσεις στο χέρι σου, χάρη σε ακριβώς αυτό το τέχνασμα: εξαιρετικά λεπτές, σφιχτά τυλιγμένες ή στοιβαγμένες στρώσεις διηλεκτρικού υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς μεταξύ τεράστιων αποτελεσματικών εμβαδών πλακών. Εξήγησε γιατί ένας αφελής μονόστρωτος σχεδιασμός με κενό κενού δεν θα μπορούσε ποτέ να το επιτύχει σε μικρή συσκευασία.
2. Η τάση αυτού του πυκνωτή ρυθμίζεται να ταιριάζει ακριβώς με την EMF μπαταρίας του πειράματος rc-charging κυκλώματος. Γιατί μπορεί να είναι χρήσιμο, κατά τη διδασκαλία πυκνωτών, να δείχνεις την ίδια αριθμητική χωρητικότητα χτισμένη με δύο τρόπους — ως ιδανικοποιημένο σύμβολο κυκλώματος και ως φυσικά πραγματοποιήσιμη πολυστρωματική συσκευή;

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

← Πίσω στο πείραμα

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής